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磁场测量与描绘实验报告.doc

磁场测量与描绘实验报告

陆雄伯
2017-10-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《磁场测量与描绘实验报告doc》,可适用于综合领域

磁场测量与描绘实验报告磁场描绘测量实验报告磁场分布测量实验报告磁场的测量与描绘视频篇一:霍尔元件测磁场实验报告用霍尔元件测磁场前言:霍耳效应是德国物理学家霍耳(AHHall)于年在他的导师罗兰指导下发现的。由于这种效应对一般的材料来讲很不明显因而长期未得到实际应用。六十年代以来随着半导体工艺和材料的发展这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。利用半导体材料制成的霍耳元件特别是测量元件广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。由于霍耳元件的面积可以做得很小所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。此外还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别半导体的类型等。近年来霍耳效应得到了重要发展冯)克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。在工业生产要求自动检测和控制的今天作为敏感元件之一的霍耳器件会有更广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验对今后的工作将大有益处。教学目的:了解霍尔效应产生的机理掌握测试霍尔器件的工作特性。掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。教学重难点:霍尔效应霍尔片载流子类型判定。实验原理如右图所示把一长方形半导体薄片放入磁场中其平面与磁场垂直薄片的四个侧面分别引出两对电极(M、N和P、S)径电极M、N通以直流电流IH则在P、S极所在侧面产生电势差这一现象称为霍尔效应。这电势差叫做霍尔电势差这样的小薄片就是霍尔片。假设霍尔片是由n型半导体材料制成的其载流子为电子在电极M、N上通过的电流由M极进入N极出来(如图)则片中载流子(电子)的运动方向与电流IS的方向相反为v,运动的载流子在磁场B中要受到洛仑兹力fB的作用fB=ev×B电子在fB的作用下在由NM运动的过程中同时要向S极所在的侧面偏转(即向下方偏转)结果使下侧面积聚电子而带负电相应的上侧面积(P极所在侧面)带正电在上下两侧面之间就形成电势差VH即霍尔电势差。薄片中电子在受到fB作用的同时要受到霍尔电压产生的霍尔电场EH的作用。fH的方向与fB的方向正好相反EH=VHb,b是上下侧面之间的距离即薄片的宽度当fHfB=时电子受力为零达到稳定状态则有–eEH(–ev×B)=EH=v×B因v垂直B故EH=vB(v是载流子的平均速度)霍尔电压为VH=bEH=bvB。设薄片中电子浓度为n则IS=nedbv,v=ISnedb。VH=ISBned=KHISB式中比例系数KH=ned称为霍尔元件的灵敏度。将VH=KHISB改写得B=VHKHIS如果我们知道了霍尔电流IH霍尔电压VH的大小和霍尔元件的灵敏度KH我们就可以算出磁感应强度B。实际测量时所测得的电压不只是VH还包括其他因素带来的附加电压。根据其产生的原因及特点测量时可用改变IS和B的方向的方法抵消某些因素的影响。例如测量时首先任取某一方向的IS和B为正当改变它们的方向时为负保持IS、B的数值不变取(ISB)、(IS、B)、(IS、B)、(ISB)四种条件进行测量测量结果分别为:V=VHVVEVNVRLV=VHVVEVNVRLV=VHVVEVNVRLV=VHVVEVNVRL从上述结果中消去VVN和VRL得到VH=(VVVV)VE一般地VE比VH小得多在误差范围内可以忽略不计。实验仪器THS型螺线管磁场测定实验组合仪。实验仪介绍如图所示探杆固定在二维(X,Y方向)调节支架上。其中Y方向调节支架通过旋钮Y调节探杆中心轴线与螺线管内孔轴线位置应使之重合。X方向调节支架通过旋钮X,X来调节探杆的轴向位置,其位置可通过标尺读出。测试仪―Is输出‖:霍尔器件工作电流源输出电流,mA通过―Is调节‖旋钮调节。―IM输出‖:螺线管励磁电流源输出电流,A通过―IM调节‖旋钮调节。上述俩组恒流源读数可通过―测量选择‖按键共用一只数字电流表―IS(mA)IM(A)―显示按键测IM放键测IS。直流数字电压表―VHVO(mV)‖供测量霍尔电压用。实验步骤按图接好电路K、K、K都断开注意Is和Im不可接反,将Is和Im调节旋钮逆时针方向旋到底使其输入电流趋于最小状态。转动霍尔器件探杆支架的旋钮X或X慢慢将霍尔器件移到螺线管的中心位置(X=cm,X=)(注:以相距螺线管两端口等远的中心位置为坐标原点则探头离中心的距离为X=XX)K,调节Im=A并在测试过程终保持不变,弹出―测量选择‖按钮依次按表调节Is,测出相应的V,V,V,V,绘制VHIs曲线。调节Is=mA并在测试过程终保持不变,按下―测量选择‖按钮依次按表调节Im测出相应的V,V,V,V,绘制VHIm曲线(注:改变Im时要快每测好一组数据断开闸刀开关K后再记录数据,避免螺线管发热)。调节Is=mAIm=AX=,X=依次按表调节X,X测出相应的V,V,V,V,记录KH和n,绘制BX曲线,验证螺线管端口的磁感应强度为中心位置的(注:调节探头位置时应将闸刀开关KK断开)将将Is和Im调到最小断开三个闸刀开关关闭电源拆线收拾仪器。实验数据记录与处理示例表Im=A表Is=mA霍尔电压与霍尔电流的关系曲线霍尔电压与励磁电流的关系曲线从图上可以清楚看到霍尔电压与霍尔电流励磁电流之间成线性关系。篇二:大学物理螺线管磁场及其测量实验报告篇三:实验报告磁场的研究实验题目:实验目的:、研究载流圆线圈轴线上各点的磁感应强度把测量的磁感应强度与理论计算值比较加深对毕奥萨伐尔定律的理解、在固定电流下分别测量单个线圈(线圈a和线圈b)在轴线上产生的磁感应强度B(a)和B(b)与亥姆霍兹线圈产生的磁场B(ab)进行比较、测量亥姆霍兹线圈在间距d=R,、d=R和d=R,(R为线圈半径)轴线上的磁场的分布并进行比较进一步证明磁场的叠加原理、描绘载流圆线圈及亥姆霍兹线圈的磁场分布。实验仪器:()圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台台面上有等距离cm间隔的网格线()高灵敏度三位半数字式毫特斯拉计、三位半数字式电流表及直流稳流电源组合仪一台()传感器探头是由只配对的A型集成霍尔传感器(传感器面积mmxmmxmm)与探头盒(与台面接触面积为mmxmm)组成。实验原理:()根据毕奥一萨伐尔定律载流线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点的磁感应强度为:B=μIN(x)()式中μ为真空磁导率R为线圈的平均半径x为圆心OA到该点的距离N为线圈匝数I为通过线圈的电流强度。因此圆心处的磁感应强度B为:B=μINR()轴线外的磁场分布计算公式较为复杂这里简略。()亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈两线圈内的电流方向一致大小相同线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区所以在生产和科研中有较大的使用价值也常用于弱磁场的计量标准。设:z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为:RRB#=μNIRRzRz()而在亥姆霍兹线圈上中心O处的磁感应强度B′为#=BμNI()R数据记录、对载流圆线圈通过电流I=mA时轴线上各点磁感应强度的测量。验证毕奥一萨伐尔定律μ=π×Hm),计算两者的相对偏差分析实验结果相对偏差=实验值,理论值理论值写出实验(转载于:wWWxIElwCOM写论文网:磁场测量与描绘实验报告)结论。实验结论:对实验结果进行分析后发现测量出圆线圈轴线的磁场与用毕奥一萨伐尔定律公式计算出磁场的理论值很接近从表中看出测量的相对偏差基本在附近所以说明毕奥一萨伐尔定律成立。、分别测量组成亥姆霍兹线圈的两个线圈单独通电时轴线的磁场再测量组成亥姆霍兹线圈的两个线圈同时通电时叠加的磁场验证磁场的叠加原理。通过亥姆霍兹线圈的电流为:I=mA表

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